Το πρώιμο σύμπαν είχε μόνο μία χωρική διάσταση; Αυτή είναι η εντυπωσιακή ιδέα που βρίσκεται στο επίκεντρο μιας θεωρίας που πρότεινε ο φυσικός Dejan Stojkovic από το Πανεπιστήμιο του Buffalo και οι συνεργάτες του το 2010. Πρότειναν ότι το πρώιμο σύμπαν - το οποίο εξερράγη από ένα σημείο και ήταν πολύ, πολύ μικρό στην αρχή - ήταν μονοδιάστατη (όπως μια ευθεία γραμμή) πριν επεκταθεί ώστε να περιλαμβάνει δύο διαστάσεις (όπως ένα αεροπλάνο) και στη συνέχεια τρεις (όπως ο κόσμος στον οποίο ζούμε σήμερα).
Η θεωρία, εάν ισχύει, θα αντιμετωπίσει σημαντικά προβλήματα στη φυσική των σωματιδίων.
Τώρα, σε ένα νέο έγγραφο στο Physical Review Letters, ο φυσικός του Πανεπιστημίου Στόικοβιτς και του Πανεπιστημίου Loyola Marymount, Jonas Mureika, περιγράφουν μια δοκιμασία που θα μπορούσε να αποδείξει ή να διαψεύσει την υπόθεση «εξαφανισμένων διαστάσεων».
Επειδή χρειάζεται χρόνος για το φως και άλλα κύματα να ταξιδέψουν στη Γη, τα τηλεσκόπια που κοιτάζουν έξω στο διάστημα μπορούν, ουσιαστικά, να κοιτάξουν πίσω στο χρόνο καθώς ανιχνεύουν τις εξωτερικές αποστάσεις του σύμπαντος.
Τα βαρυτικά κύματα δεν μπορούν να υπάρχουν σε μονοδιάστατο ή δισδιάστατο χώρο. Έτσι, ο Στόικοβιτς και η Μουρίικα έχουν αιτιολογήσει ότι η Διαστημική Κεραία του Ιντερφερόμετρου Λέιζερ (LISA), ένα προγραμματισμένο διεθνές παρατηρητήριο βαρύτητας, δεν θα πρέπει να ανιχνεύει βαρυτικά κύματα που προέρχονται από τις κατώτερες διαστάσεις του πρώιμου σύμπαντος.
Ο Στόικοβιτς, επίκουρος καθηγητής φυσικής, λέει ότι η θεωρία των εξελισσόμενων διαστάσεων αντιπροσωπεύει μια ριζική αλλαγή από τον τρόπο που σκεφτόμαστε τον Κόσμο - για το πώς δημιουργήθηκε το σύμπαν μας.
Η βασική ιδέα είναι ότι η διάσταση του χώρου εξαρτάται από το μέγεθος του χώρου που παρατηρούμε, με μικρότερους χώρους που σχετίζονται με λιγότερες διαστάσεις. Αυτό σημαίνει ότι μια τέταρτη διάσταση θα ανοίξει - αν δεν έχει ήδη - καθώς το σύμπαν συνεχίζει να επεκτείνεται.
Η θεωρία υποδηλώνει επίσης ότι ο χώρος έχει λιγότερες διαστάσεις σε πολύ υψηλές ενέργειες του είδους που συνδέονται με το πρώιμο, μετά το big bang σύμπαν.
Εάν ο Στόικοβιτς και οι συνάδελφοί του έχουν δίκιο, θα βοηθήσουν στην αντιμετώπιση θεμελιωδών προβλημάτων με το πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων των εξής:
Η ασυμβατότητα μεταξύ της κβαντικής μηχανικής και της γενικής σχετικότητας. Η κβαντική μηχανική και η γενική σχετικότητα είναι μαθηματικά πλαίσια που περιγράφουν τη φυσική του σύμπαντος. Η κβαντομηχανική είναι καλή στην περιγραφή του σύμπαντος σε πολύ μικρές κλίμακες, ενώ η σχετικότητα είναι καλή στην περιγραφή του σύμπαντος σε μεγάλες κλίμακες. Επί του παρόντος, οι δύο θεωρίες θεωρούνται ασύμβατες. αλλά αν το σύμπαν, στα μικρότερα επίπεδα, είχε λιγότερες διαστάσεις, οι μαθηματικές αποκλίσεις μεταξύ των δύο πλαισίων θα εξαφανίζονταν.
Οι φυσικοί έχουν παρατηρήσει ότι η επέκταση του σύμπαντος επιταχύνεται και δεν ξέρουν γιατί. Η προσθήκη νέων διαστάσεων καθώς το σύμπαν μεγαλώνει θα εξηγούσε αυτήν την επιτάχυνση. (Ο Στόικοβιτς λέει ότι μια τέταρτη διάσταση μπορεί να έχει ήδη ανοίξει σε μεγάλες, κοσμολογικές κλίμακες.)
Το τυπικό μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής προβλέπει την ύπαρξη ενός ακόμη μη στοιχειώδους στοιχειώδους σωματιδίου που ονομάζεται Higgs boson. Για εξισώσεις στο τυπικό μοντέλο για την ακριβή περιγραφή της παρατηρούμενης φυσικής του πραγματικού κόσμου, ωστόσο, οι ερευνητές πρέπει να προσαρμόσουν τεχνητά τη μάζα του μποζονίου Higgs για αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωματιδίων που λαμβάνουν χώρα σε υψηλές ενέργειες. Εάν ο χώρος έχει λιγότερες διαστάσεις σε υψηλές ενέργειες, η ανάγκη για αυτό το είδος «συντονισμού» εξαφανίζεται.
«Αυτό που προτείνουμε εδώ είναι μια αλλαγή στο παράδειγμα», δήλωσε ο Στόικοβιτς. «Οι φυσικοί αγωνίστηκαν με τα ίδια προβλήματα για 10, 20, 30 χρόνια, και οι απλές επεκτάσεις των υπαρχουσών ιδεών είναι απίθανο να τις λύσουν».
«Πρέπει να λάβουμε υπόψη την πιθανότητα ότι κάτι συμβαίνει συστηματικά με τις ιδέες μας», συνέχισε. «Χρειαζόμαστε κάτι ριζοσπαστικό και νέο, και αυτό είναι κάτι ριζοσπαστικό και νέο».
Επειδή η προγραμματισμένη ανάπτυξη της LISA απέχει ακόμη χρόνια, μπορεί να περάσει πολύς καιρός πριν ο Στόικοβιτς και οι συνάδελφοί του μπορέσουν να δοκιμάσουν τις ιδέες τους με αυτόν τον τρόπο.
Ωστόσο, ορισμένα πειραματικά στοιχεία δείχνουν ήδη την πιθανή ύπαρξη κατώτερου διαστάσεων χώρου.
Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι η κύρια ενεργειακή ροή σωματιδίων κοσμικών ακτίνων με ενέργειες που ξεπερνούν το 1 teraelectron volt - το είδος της υψηλής ενέργειας που σχετίζεται με το πολύ πρώιμο σύμπαν - ευθυγραμμίζονται κατά μήκος ενός δισδιάστατου επιπέδου.
Εάν οι υψηλές ενέργειες αντιστοιχούν στον χώρο χαμηλότερων διαστάσεων, όπως προτείνει η θεωρία των «εξαφανιστικών διαστάσεων», οι ερευνητές που εργάζονται με τον επιταχυντή σωματιδίων Large Hadron Collider στην Ευρώπη θα πρέπει να δουν επίπεδη σκέδαση σε τέτοιες ενέργειες.
Ο Στόικοβιτς λέει ότι η παρατήρηση τέτοιων γεγονότων θα ήταν «μια πολύ συναρπαστική, ανεξάρτητη δοκιμή των προτεινόμενων ιδεών μας».
Πηγές: EurekAlert, Φυσικές επιστολές επισκόπησης.
